中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變下大冰雹天氣淺析

賈曉霞 徐衛(wèi)麗

摘要? 利用常規(guī)高空、地面觀測資料，地面自動站逐3 h資料和太原站多普勒雷達(dá)產(chǎn)品，對2017年8月11日發(fā)生在山西省南部的強(qiáng)對流冰雹過程進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 CAPE值;SI指數(shù);垂直風(fēng)切變;冰雹

中圖分類號：P458.1+21.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）06-061-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.06.028

Analysis of Heavy Hail Weather under Moderate Intensity Vertical Wind Shear

JIA Xiao-xia? et al（Shuozhou Meteorological Bureau， Shuozhou， Shanxi 036002）

Abstract The strong convective? hail weather process in southern Shanxi Province on August 11， 2017 were analyzed by using conventional high altitude and ground observation data， 3 hour data of automatic ground station and doppler radar products of Taiyuan station.

Key words? ?CAPE value; SI index; Vertical wind shear; Hail

2017年8月11日受高空冷渦影響，山西省陽泉市的全區(qū)，大同、忻州、太原、晉中、呂梁、臨汾、運(yùn)城、長治市的局部共24個縣（市）出現(xiàn)降水，省中南部以對流天氣為主，39個縣（市）出現(xiàn)雷暴，5站7～9級大風(fēng)，兩站冰雹，包括區(qū)域站在內(nèi)小時雨強(qiáng)≥20 mm的有22站。陽泉市區(qū)15：57出現(xiàn)直徑40 mm大冰雹，16：02瞬時風(fēng)速達(dá)到24.0 m/s，16：00—17：00小時雨量22.1 mm;平定縣16：00出現(xiàn)直徑16 mm冰雹。文中利用常規(guī)高空、地面觀測資料，地面自動站逐3 h資料和多普勒雷達(dá)產(chǎn)品，對2017年8月11日發(fā)生在山西省陽泉市的一次強(qiáng)對流冰雹天氣進(jìn)行診斷分析，旨在探討該次強(qiáng)對流天氣形成的物理機(jī)制，以及對其進(jìn)行預(yù)報的可能性。

1 大尺度環(huán)流背景和潛勢分析

1.1? 環(huán)流背景分析

2017年8月上旬末高空環(huán)流由徑向轉(zhuǎn)緯向，11日08：00，500 hPa 高空等高面上中高緯地區(qū)環(huán)流三槽兩脊，巴爾喀什湖到里海間高空槽，高壓脊分別位于貝加爾湖西側(cè)和山東到東北西部，蒙古冷渦位于蒙古國東南部中心位置東經(jīng)110°E附近，且冷渦有-12℃冷中心與之配合。山西位于冷渦底部，冷平流沿槽底向東南滲透。地面分析可知，11日08：00影響山西的地面系統(tǒng)為一倒槽，倒槽中心伸出的冷鋒位于河套以北，冷鋒兩側(cè)水平露點(diǎn)梯度較大，鋒面移動緩慢，山西位于鋒前暖區(qū)，此時，太行山東部河北地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)閉合環(huán)流，至20：00地面冷鋒略東移，12 h移速約1～2個經(jīng)距。8月11日山西中南部的雷暴和強(qiáng)對流天氣就發(fā)生在蒙古冷渦分裂東南移動的冷空氣和地面冷鋒共同影響的大環(huán)流背景下。

1.2 中尺度環(huán)境場分析（潛勢分析）

降水天氣過程都產(chǎn)生在大的系統(tǒng)背景下， 但天氣尺度的系統(tǒng)作用是使大氣穩(wěn)定度降低，強(qiáng)對流天氣多由中尺度系統(tǒng)的上升運(yùn)動觸發(fā)。

1.2.1? 中尺度環(huán)境場分析? ?圖1可以看出，8月11日08：00，700 hPa等高面上河套地區(qū)有冷切變線（位置與500 hpa蒙古冷渦中分裂的短波槽位置接近），山西位于切變前;850 hPa從山西西北部延伸至甘肅東部有冷變線，山西受切變線前的西南暖濕氣流影響，此時水汽通道已經(jīng)建立，雖然未達(dá)低空急流標(biāo)準(zhǔn)，但是通道的建立為強(qiáng)對流區(qū)提供了源源不斷的水汽;200 hPa等高面上一支西風(fēng)急流橫貫山西，山西地區(qū)處于急流出口區(qū)的左側(cè)，即強(qiáng)輻散區(qū)。

1.2.2 不穩(wěn)定層結(jié)判斷? 通過08：00高空資料分析，CAPE>1 000 J/kg 的區(qū)域涵蓋山西東部到河北省以即河南山東的大部分地區(qū)，SI<0的區(qū)域包含在CAPE>1 000 J/kg 區(qū)域內(nèi)，兩者疊加不穩(wěn)定區(qū)落區(qū)在忻州、晉中東部和陽泉全境;850 hpa溫度場上，山西東南部穿過河北中部到達(dá)京津地區(qū)有一暖脊使該區(qū)域白天增溫，蒙古冷渦分裂的冷空氣東南移動到暖區(qū)時上下溫差增大，山西省境內(nèi)陽泉市即周邊地區(qū)大氣不穩(wěn)定度增強(qiáng)。

1.2.3 水汽條件分析? 11日08：00山西上空500、700 hPa均為干區(qū)，850 hpa太原站T-Td=9℃，水汽條件一般，但水汽通道已經(jīng)建立，切變線前西南風(fēng)將南海暖濕氣流源源不斷地輸送到山西中東部，水汽層結(jié)上干下濕符合強(qiáng)對流天氣發(fā)生的條件。

1.3 探空分析

較大的CAPE值、較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變、0℃高度適宜，容易產(chǎn)生大冰雹。

分析距離陽泉市最近的太原探空圖（圖2），11日08：00，0℃層在4.7 km，-20℃層在7.5 km，這種高度適于冰雹生長;對流有效位能1 318 J/kg，大的對流有效位能可轉(zhuǎn)換為氣塊作垂直運(yùn)動的動能，從而促進(jìn)對流系統(tǒng)發(fā)展;850～700 hPa之間有暖平流，500 hPa以上有冷平流，邊界層有逆溫，利于水汽能量聚集;0～6 km垂直風(fēng)切變6 m/s較弱，14：00（訂正后）增強(qiáng)到中等強(qiáng)度，有利于普通單體風(fēng)暴發(fā)展成組織性較強(qiáng)的多單體風(fēng)暴或超級單體。

2? 多普勒雷達(dá)資料分析

太原站多普勒雷達(dá)資料顯示，11日15：32，2.4°仰角的反射率因子圖陽泉市上空出現(xiàn)大于55 dbz的回波，沿雷達(dá)徑向強(qiáng)回波后出現(xiàn)“V”型缺口，這是C波段雷達(dá)預(yù)報冰雹的重要指標(biāo)。15：52速度圖上0.5°仰角強(qiáng)回波區(qū)出現(xiàn)氣旋性輻合，15：57氣旋性輻合更明顯，出現(xiàn)正負(fù)速度對，速度進(jìn)一步增大，但未達(dá)到中氣旋標(biāo)準(zhǔn)，同時次1.5°仰角回波強(qiáng)度達(dá)到最大65 dbz，VIL達(dá)55 kg/m3，回波頂高11 km，各種指標(biāo)表明此時對流發(fā)展旺盛階段，地面也出現(xiàn)了大冰雹。

3 小結(jié)

（1）大尺度的有利環(huán)流形勢是產(chǎn)生強(qiáng)對流的先決條件，中尺度不穩(wěn)定層結(jié)潛勢分析有助于判斷對流天氣發(fā)生的落區(qū);低層暖脊增溫和東移的高空槽帶來的冷平流使對流潛勢區(qū)大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)。

（2）大的對流有效位能CAPE值和SI指數(shù)重疊區(qū)對判斷強(qiáng)對流發(fā)生落區(qū)有指示意義。探空資料分析0℃和-20℃層高度，適宜冰雹產(chǎn)生;產(chǎn)生大冰雹需要較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，對這一要素要做動態(tài)判斷，2017年8月11日陽泉市大冰雹就是08：00 0～6 km為弱垂直風(fēng)切變，午后高空風(fēng)加強(qiáng)，垂直風(fēng)切變由弱變強(qiáng)的例子。

（3）雷達(dá)回波反射率因子圖上“V”型缺口是冰雹的回波特征，15：52累計(jì)液態(tài)水含量出現(xiàn)最大值也與大冰雹對應(yīng)，陽泉市16：00—17：00出現(xiàn)了22.1 mm的短時強(qiáng)降水，如果只判斷有冰雹，強(qiáng)降水天氣可能會漏報，這有待于進(jìn)一步探討研究。

參考文獻(xiàn)

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